專利名稱：激光器寬溫電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光應(yīng)用領(lǐng)域，特別是對(duì)溫度變化要求比較嚴(yán)格的激光應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)在科技的不斷發(fā)展，激光的應(yīng)用范圍也在迅速擴(kuò)展，例如醫(yī)療儀器、建筑測量、指示、軍事、航天等。這些方面的應(yīng)用都要求激光器的功率穩(wěn)定輸出，并且對(duì)耐久性要求也比較嚴(yán)格。這就對(duì)驅(qū)動(dòng)電路提出兩點(diǎn)要求1、激光設(shè)定功率值要穩(wěn)定，不隨溫度變化。
2、驅(qū)動(dòng)電路要有一個(gè)穩(wěn)定的上限電流，防止當(dāng)激光器出光功率不夠時(shí)自動(dòng)控制增加驅(qū)動(dòng)電流燒毀激光器。目前市場上的激光驅(qū)動(dòng)電路都是在常溫內(nèi)正常工作，激光功率控制電路一般通過運(yùn)放用作比較器的形式直接驅(qū)動(dòng)三極管，比較器輸出端有兩個(gè)狀態(tài)Vmax和Vmin，通過改變占空比實(shí)現(xiàn)功率穩(wěn)定控制，上限電流是通過設(shè)定三極管基極電阻值達(dá)到目標(biāo)電流值，這樣的限流是依靠三極管的放大倍數(shù)P值實(shí)現(xiàn)的，并且沒有溫度補(bǔ)償器件，限流值隨溫度而變化，在低溫或者高溫時(shí)整個(gè)電路的參數(shù)會(huì)漂移很大，有很多的不足之處1、激光器的設(shè)定功率漂移，使激光器超額工作，損壞激光器的性能。2、上限電流的改變，低溫時(shí)上限電流會(huì)變的很低，幾乎不能正常驅(qū)動(dòng)激光器，高溫時(shí)電流又會(huì)過高，損壞激光器的性能。3、體積較大，不利于應(yīng)用在軍事等重要領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服缺陷，本發(fā)明提供了一種激光器寬溫電路，其實(shí)現(xiàn)了體積小；高精度設(shè)定上限電流，驅(qū)動(dòng)電流實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整；激光功率的高精度控制，對(duì)溫度變化響應(yīng)極小。本發(fā)明的激光器寬溫電路的技術(shù)方案是這樣的其包括偏壓模塊、激光功率信號(hào)模塊、功率占空比控制模塊、驅(qū)動(dòng)電流模塊，其中偏壓模塊、激光功率信號(hào)模塊都與功率占空比模塊連接，功率占空比模塊和驅(qū)動(dòng)電路模塊連接。偏壓模塊包括基準(zhǔn)穩(wěn)壓芯片和電位器，基準(zhǔn)穩(wěn)壓芯片輸出一個(gè)基準(zhǔn)的電壓，再用電位器分壓輸出合適的電壓范圍，電位器中間抽頭的電壓作為功率占空比模塊的設(shè)定值，功率在設(shè)定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。激光功率信號(hào)模塊包括光電二極管、電流-電壓轉(zhuǎn)換電路、低通濾波電路，光電二極管和電流-電壓轉(zhuǎn)換電路連接再經(jīng)低通濾波電路，低通濾波電路和功率占空比模塊的第一運(yùn)放電路連接。功率占空比模塊包括第一運(yùn)放電路,第一運(yùn)放電路將偏壓模塊的設(shè)定電壓值和激光功率信號(hào)模塊的反饋電壓值進(jìn)行比較，自動(dòng)調(diào)整輸出占空比作為后級(jí)驅(qū)動(dòng)電流模塊的輸入占空比。驅(qū)動(dòng)電流模塊包括第二運(yùn)放電路、三極管、反饋電路，第二運(yùn)放電路的同相輸入端和功率占空比模塊連接，第二運(yùn)放電路的輸出端和三極管基極連接，三極管的發(fā)射極設(shè)置采樣電路，采樣電路和第二運(yùn)放電路的反相輸入端連接。本發(fā)明具有以下技術(shù)效果
高精度功率控制功能實(shí)現(xiàn)將偏壓模塊提供的基準(zhǔn)電壓和激光功率信號(hào)模塊采集的反饋電壓信號(hào)同時(shí)輸入到激光功率占空比模塊內(nèi)進(jìn)行比較，以基準(zhǔn)電壓為基準(zhǔn)進(jìn)行負(fù)反饋控制，精確輸出占空比作為驅(qū)動(dòng)電流模塊的輸入占空比，當(dāng)功率高于設(shè)定功率時(shí)自動(dòng)減小占空比來減小出光功率，反之增大占空比來提高出光功率，達(dá)到功率穩(wěn)定控制。高精度上限電流功能實(shí)現(xiàn)運(yùn)算放大器由基準(zhǔn)電壓分壓出一個(gè)穩(wěn)定電壓供電，這樣運(yùn)算放大器輸出的最大電壓即為一個(gè)穩(wěn)定電壓值，不隨電源電壓波動(dòng)。前級(jí)運(yùn)放輸出的電壓經(jīng)過電阻分壓后即為驅(qū)動(dòng)電流模塊的電壓設(shè)定值Vref，根據(jù)公式Imax=Vref/R，可以計(jì)算出上限電流值。當(dāng)溫度變化時(shí)三極管的放大倍數(shù)P會(huì)變化，運(yùn)放通過調(diào)節(jié)輸出電壓Vout高低來達(dá)到上限電流Imax不變，限流精度來自電阻的阻值誤差遠(yuǎn)小于1%，有很高的限流精度。 體積小電路的體積可以做成圓形(直徑小于12mm)，也可為方形或其他形狀，可移植性很強(qiáng)，能很好的滿足現(xiàn)在市場上各種外形尺寸寬溫激光器的使用要求。本發(fā)明的激光器寬溫電路實(shí)現(xiàn)了小體積、寬溫、低溫漂的激光驅(qū)動(dòng)電路，集成度高，可移植性強(qiáng)，易于加工裝配，節(jié)約成本，可以廣泛應(yīng)用在一些對(duì)于體積要求比較嚴(yán)格的應(yīng)用，如軍事，測量等需要溫度范圍較寬的行業(yè)。


圖1是本發(fā)明的激光器寬溫電路的結(jié)構(gòu)方框圖。圖2是本發(fā)明的實(shí)施例1的電路原理圖。圖3是本發(fā)明的實(shí)施例2的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 :
一偏壓模塊。二 激光功率信號(hào)模塊。三功率占空比模塊。四驅(qū)動(dòng)電流模塊。本發(fā)明的激光器寬溫電路包括偏壓模塊、激光功率信號(hào)模塊、功率占空比控制模塊、驅(qū)動(dòng)電流模塊，其中偏壓模塊、激光功率信號(hào)模塊都與功率占空比模塊連接，功率占空比模塊和驅(qū)動(dòng)電路模塊連接。偏壓模塊包括基準(zhǔn)穩(wěn)壓芯片和電位器，基準(zhǔn)穩(wěn)壓芯片輸出一個(gè)基準(zhǔn)的電壓，再用電位器分壓輸出合適的電壓范圍，電位器中間抽頭的電壓作為功率占空比模塊的設(shè)定值，功率在設(shè)定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。激光功率信號(hào)模塊包括光電二極管、電流-電壓轉(zhuǎn)換電路、低通濾波電路，光電二極管和電流-電壓轉(zhuǎn)換電路連接再經(jīng)低通濾波電路，低通濾波電路和功率占空比模塊的第一運(yùn)放電路連接。功率占空比模塊包括第一運(yùn)放電路，第一運(yùn)放電路將偏壓模塊的設(shè)定電壓值和激光功率信號(hào)模塊的反饋電壓值進(jìn)行比較，自動(dòng)調(diào)整輸出占空比作為后級(jí)驅(qū)動(dòng)電流模塊的輸入占空比。驅(qū)動(dòng)電流模塊包括第二運(yùn)放電路、三極管、反饋電路，第二運(yùn)放電路的同相輸入端和功率占空比模塊連接，第二運(yùn)放電路的輸出端和三極管基極連接，三極管的發(fā)射極設(shè)置采樣電路，采樣電路和第二運(yùn)放電路的反相輸入端連接。本實(shí)施例偏壓模塊在偏壓模塊中用基準(zhǔn)穩(wěn)壓芯片輸出一個(gè)基準(zhǔn)的電壓，再用電位器分壓輸出一個(gè)合適的電壓范圍，電位器中間抽頭的電壓作為功率占空比模塊的設(shè)定值，功率在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。激光功率信號(hào)模塊根據(jù)光電二極管(PD)對(duì)不同功率的激光光強(qiáng)信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)大小光反饋電流的特性，我們在激光器的出光光路上加一個(gè)含有光電二極管(PD)的光反饋組件(APD)。首先要對(duì)反饋電流進(jìn)行電流-電壓轉(zhuǎn)換，反饋電壓采用低通濾波電路進(jìn)行濾波，濾除信號(hào)中的高頻成分(f> 1/2^1 RC)，得到的反饋電壓信號(hào)為沒有雜波的信號(hào)，反饋信號(hào)被完整取出。功率占空比控制模塊比較偏壓模塊的設(shè)定電壓值和激光功率信號(hào)模塊的反饋電壓值，自動(dòng)調(diào)整輸出占空比作為后級(jí)驅(qū)動(dòng)電流模塊的輸入占空比，通過負(fù)反饋電路動(dòng)態(tài)調(diào)整，使偏壓模塊的設(shè)定電壓值和激光功率信號(hào)模塊的反饋電壓值相等。驅(qū)動(dòng)電流I旲塊輸出與功率占空比I旲塊的占空比同步的驅(qū)動(dòng)電流；限定功率占空比模塊輸出占空比為100%時(shí)的最大電流。用一級(jí)運(yùn)放加一個(gè)限流電阻控制三極管的導(dǎo)通和關(guān)斷，并在三極管發(fā)射極加一個(gè)采樣電阻R采樣電流大小，根據(jù)電阻的VAR特性轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)(U=I*R)作為反饋電壓信號(hào)，反饋電壓信號(hào)反饋到運(yùn)放的反相端，根據(jù)運(yùn)放反相端和運(yùn)放同相端電壓大小趨于相等的特性，通過設(shè)定運(yùn)放同相端電壓的大小可以設(shè)定驅(qū)動(dòng)電流的大小(Imax=Vref/R),溫度對(duì)這種驅(qū)動(dòng)電路影響極小。電路中還可根據(jù)驅(qū)動(dòng)不同泵浦功率的激光二極管(LD)設(shè)定不同的最大驅(qū)動(dòng)電流。
高精度功率控制功能實(shí)現(xiàn)將偏壓模塊提供的基準(zhǔn)電壓和激光功率信號(hào)模塊采集的反饋電壓信號(hào)同時(shí)輸入到激光功率占`空比模塊內(nèi)進(jìn)行比較，以基準(zhǔn)電壓為基準(zhǔn)進(jìn)行負(fù)反饋控制，精確輸出占空比作為驅(qū)動(dòng)電流模塊的輸入占空比，當(dāng)功率高于設(shè)定功率時(shí)自動(dòng)減小占空比來減小出光功率，反之增大占空比來提高出光功率，達(dá)到功率穩(wěn)定控制。高精度上限電流功能實(shí)現(xiàn)運(yùn)算放大器由偏壓模塊分壓出一個(gè)穩(wěn)定電壓供電，這樣運(yùn)算放大器輸出的最大電壓即為一個(gè)穩(wěn)定電壓值，不隨電源電壓波動(dòng)。前級(jí)運(yùn)放輸出的電壓經(jīng)過電阻分壓后即為驅(qū)動(dòng)電流模塊的電壓設(shè)定值Vref，根據(jù)公式Imax=Vref/R，可以計(jì)算出上限電流值。當(dāng)溫度變化時(shí)三極管的放大倍數(shù)P會(huì)變化，運(yùn)放通過調(diào)節(jié)輸出電壓Vout高低來達(dá)到上限電流Imax不變，限流精度來自電阻的阻值誤差遠(yuǎn)小于1%，有很高的限流精度。體積小電路的體積可以做成圓形(直徑小于12mm)，也可為方形或其他形狀，可移植性很強(qiáng)，能很好的滿足現(xiàn)在市場上各種外形尺寸寬溫激光器的使用要求。
實(shí)施例2
一偏壓模塊。二 激光功率信號(hào)模塊。三功率占空比模塊。
四驅(qū)動(dòng)電流模塊。
本實(shí)施例和實(shí)施例1的區(qū)別在于，本實(shí)施例的激光功率信號(hào)模塊省去低通濾波電路，同樣實(shí)現(xiàn)功率信號(hào)高速導(dǎo)入到功率占空比模塊進(jìn)行比較，快速調(diào)節(jié)出光功率。本實(shí)施例激光功率信號(hào)模塊根據(jù)光電二極管(PD)對(duì)不同功率的激光光強(qiáng)信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)大小光反饋電流的特性，我們在激光器的出光光路上加一個(gè)含有光電二極管(PD)的光反饋組件(APD)。對(duì)反饋電流進(jìn)行電流-電壓轉(zhuǎn)換，激光功率信號(hào)高速導(dǎo)入到功率占空比模塊，為功率占空比模塊提供即時(shí)的功率信號(hào)，實(shí)現(xiàn)更加快速準(zhǔn)確的傳送激光功率信號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種激光器寬溫電路，其特征在于其包括偏壓模塊、激光功率信號(hào)模塊、功率占空比控制模塊、驅(qū)動(dòng)電流模塊，其中偏壓模塊、激光功率信號(hào)模塊都與功率占空比模塊連接，功率占空比I旲塊和驅(qū)動(dòng)電路|旲塊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器寬溫電路，其特征在于偏壓模塊包括基準(zhǔn)穩(wěn)壓芯片和電位器，基準(zhǔn)穩(wěn)壓芯片輸出一個(gè)基準(zhǔn)的電壓，再用電位器分壓輸出合適的電壓范圍，電位器中間抽頭的電壓作為功率占空比模塊的設(shè)定值，功率在設(shè)定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器寬溫電路，其特征在于激光功率信號(hào)模塊包括光電二極管、電流-電壓轉(zhuǎn)換電路、低通濾波電路，光電二極管和電流-電壓轉(zhuǎn)換電路連接再經(jīng)低通濾波電路和功率占空比模塊的第一運(yùn)放電路連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器寬溫電路，其特征在于功率占空比模塊包括第一運(yùn)放電路，第一運(yùn)放電路將偏壓模塊的設(shè)定電壓值和激光功率信號(hào)模塊的反饋電壓值進(jìn)行比較，自動(dòng)調(diào)整輸出占空比作為后級(jí)驅(qū)動(dòng)電流模塊的輸入占空比。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器寬溫電路，其特征在于驅(qū)動(dòng)電流模塊包括第二運(yùn)放電路、三極管、反饋電路，第二運(yùn)放電路的同相輸入端和功率占空比模塊連接，第二運(yùn)放電路的輸出端和三極管基極連接，三極管的發(fā)射極設(shè)置采樣電路，采樣電路和第二運(yùn)放電路的反相輸入端連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及激光應(yīng)用領(lǐng)域，特別是對(duì)溫度變化要求比較嚴(yán)格的激光應(yīng)用領(lǐng)域，本發(fā)明提供了一種激光器寬溫電路，其實(shí)現(xiàn)了體積??；高精度設(shè)定上限電流，驅(qū)動(dòng)電流實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整；激光功率的高精度控制，對(duì)溫度變化響應(yīng)極小，其包括偏壓模塊、激光功率信號(hào)模塊、功率占空比控制模塊、驅(qū)動(dòng)電流模塊，其中偏壓模塊、激光功率信號(hào)模塊都與功率占空比模塊連接，功率占空比模塊和驅(qū)動(dòng)電路模塊連接，本發(fā)明的激光器寬溫電路實(shí)現(xiàn)了小體積、寬溫、低溫漂的激光驅(qū)動(dòng)電路，集成度高，可移植性強(qiáng)，易于加工裝配，節(jié)約成本，可以廣泛應(yīng)用在一些對(duì)于體積要求比較嚴(yán)格的應(yīng)用，如軍事，測量等需要溫度范圍較寬的行業(yè)。
文檔編號(hào)H01S5/042GK103066492SQ201210541669
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者邱港, 陸之成, 馬世建 申請人:青島鐳創(chuàng)光電技術(shù)有限公司